朔神高速公路基于HZS120 老舊攪拌站技術(shù)改造應(yīng)用高性能混凝土拌合生產(chǎn)應(yīng)用

劉為明

（中鐵二十二局集團(tuán)第四工程有限公司朔神高速公路項(xiàng)目部，天津 301700）

0 引言

目前國(guó)內(nèi)施工企業(yè)使用的混凝土攪拌站絕大多數(shù)采用是強(qiáng)制性攪拌技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用可以用較短的時(shí)間就將拌合物料攪拌均勻。但是通過(guò)強(qiáng)制性攪拌技術(shù)拌制的混合料，若仔細(xì)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)許多骨料表層是干燥的，且許多干燥的小水泥團(tuán)中有10%-30%的水泥顆粒聚集比較零散，這樣會(huì)降低混凝土的性能及耐久性。如果將團(tuán)聚的水泥顆粒分開(kāi)，使其盡可能的接近均勻分布的理想狀態(tài)，可以提高現(xiàn)有混凝土配合比的性能和后期強(qiáng)度，也可反向按照配合比設(shè)計(jì)強(qiáng)度減少水泥用量。對(duì)施工企業(yè)老舊混凝土生產(chǎn)設(shè)備改造升級(jí)和更新?lián)Q代起到很好的應(yīng)用例子。

1 工程概況

朔神高速公路路基路面第二合同段項(xiàng)目部包括：隧道2 座、大橋2 座、中橋5 座、天橋1 座、涵洞41 座，需要混凝土35 萬(wàn)方左右。混凝土生產(chǎn)是施工的關(guān)鍵工序。新式振動(dòng)攪拌設(shè)備的使用可以起到關(guān)鍵的生產(chǎn)作用，按照施工組織設(shè)計(jì)本項(xiàng)目擬投入振動(dòng)式攪拌站進(jìn)行混凝土生產(chǎn)。

2 振動(dòng)攪拌技術(shù)作用機(jī)理

2.1 振動(dòng)式攪拌主機(jī)主要結(jié)構(gòu)

混凝土攪拌設(shè)備的功能是將水泥混凝土原材料-水泥、粉煤灰、砂石料、外加劑等，根據(jù)設(shè)計(jì)要求的比例，通過(guò)一系列的系統(tǒng)攪拌工作，生產(chǎn)出符合滿足施工要求的混凝土[1]。本項(xiàng)目采用德通振動(dòng)攪拌主機(jī)對(duì)舊攪拌主機(jī)進(jìn)行改造，其機(jī)械結(jié)構(gòu)圖如下1 所示

圖1 振動(dòng)式攪拌主機(jī)主要結(jié)構(gòu)

2.2 振動(dòng)攪拌機(jī)理

混凝土屬于是一種多相、多孔的非均質(zhì)復(fù)合材料。從宏觀角度來(lái)說(shuō)，可以將混凝土定性為骨料顆粒分散到水泥石機(jī)體內(nèi)而組合成的兩相材料。從微觀角度來(lái)說(shuō)，混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，主要構(gòu)成物有骨料、水泥水化物、毛細(xì)孔及沒(méi)有水化的水泥顆粒等，這些物質(zhì)在混凝土內(nèi)分布并不是均勻的。因此，要想使混凝土混合料通過(guò)攪拌能夠在宏觀及微觀上都能達(dá)到均勻分布，就需要采取措施加快混凝土內(nèi)各個(gè)組分的運(yùn)動(dòng)頻率，使其運(yùn)動(dòng)軌跡相交相匯，充分撞擊及摩擦，物料在這種對(duì)流運(yùn)動(dòng)及擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)均勻分布，最終獲得性能優(yōu)良的混凝土[2]。

2.2.1 振動(dòng)攪拌對(duì)水泥混凝土中水泥團(tuán)的破壞機(jī)理

水泥混凝土的強(qiáng)度主要是依靠骨料間的嵌鎖擠壓及水泥水化和硬化過(guò)程中形成的C-S-H 凝膠。通過(guò)振動(dòng)攪拌可以使水泥同時(shí)在攪拌及振動(dòng)的雙重作用下充分的水化，并均勻分布與骨料之間，增強(qiáng)水泥混凝土的性能。具體來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)振動(dòng)能量的作用,促使純攪拌過(guò)程中沒(méi)有參與循環(huán)對(duì)流及擴(kuò)散剪切作用的水泥聚團(tuán)顆粒進(jìn)入顫振狀態(tài)，進(jìn)而破壞各組分間的粘性連接及水泥團(tuán)粒表層的水膜，以提高水泥顆粒分布的均勻性，同時(shí)，水泥團(tuán)顆粒也可從水泥團(tuán)中得到充分釋放，使得水泥進(jìn)行更加充分的水化反應(yīng)，生產(chǎn)出更多的水化產(chǎn)物，從而優(yōu)化水泥混凝土的工作性能[3]。

2.1.2 振動(dòng)攪拌對(duì)粗骨料表面的凈化及其粘結(jié)強(qiáng)度的增強(qiáng)機(jī)理

水泥混凝土中的水泥漿在發(fā)生硬化膠結(jié)之后，會(huì)包附到骨料表層，使得砂石等骨料可以牢固的膠結(jié)到一起，這種情況下，通常都是骨料強(qiáng)度f(wàn)Q＞水泥石強(qiáng)度f(wàn)k＞與骨料表層粘結(jié)強(qiáng)度。骨料表面和水泥石之間的粘結(jié)力是最小的，所以會(huì)在水泥石—集料界面形成一個(gè)界面過(guò)渡區(qū)，此處也是混合料最為薄弱得到部分，詳見(jiàn)圖2 所示。通過(guò)振動(dòng)攪拌可以破壞附著在集料表層的水膜結(jié)構(gòu)，并使其脫離，這樣凈化之后的骨料表面的可以更加容易的和水泥顆粒相結(jié)合。同時(shí)，骨料表面被水泥顆粒充分吸附后，便會(huì)減少骨料界面中的Ca(OH)2 晶體，可以有效預(yù)防疏松層形成。并可在骨料表面形成一層C-S-H凝膠，增大了骨料表面接觸面積，可使各材料間實(shí)現(xiàn)更加牢固的粘結(jié)[4]。

圖2 界面過(guò)渡區(qū)

3 改造方式和改造后的生產(chǎn)試驗(yàn)論證過(guò)程

3.1 設(shè)備改造方式為：

按照振動(dòng)式攪拌主機(jī)尺寸，在原有的攪拌主機(jī)安裝平臺(tái)上簡(jiǎn)單進(jìn)行機(jī)械焊接改造安裝平臺(tái)。將振動(dòng)式主機(jī)安裝于主機(jī)平臺(tái)上，調(diào)整上料皮帶位置，在操作柜中增加振動(dòng)電機(jī)繼電器，不需要在進(jìn)行其它改造，設(shè)備升級(jí)改造簡(jiǎn)單[5]。

3.2 試驗(yàn)生產(chǎn)論證：

通過(guò)在朔神高速公路路基路面第二合同段項(xiàng)目部攪拌站1 號(hào)普通強(qiáng)制攪拌拌合主機(jī)和改造后的2 號(hào)振動(dòng)攪拌主機(jī)，進(jìn)行C30 普通、C40 普通兩種種標(biāo)號(hào)混凝土進(jìn)行振動(dòng)攪拌和普通強(qiáng)制攪拌兩種拌合方式進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

表1 試驗(yàn)用配合比信息

備注：振動(dòng)優(yōu)化組為在原配比保持水膠比、砂率、外加劑摻量及容重不變條件下，減少5%膠凝材料用量，同時(shí)碎石比例由小石：中石：大石=1:4:5調(diào)整為小石：中石：大石=1:5:4，降低級(jí)配孔隙率，按照此優(yōu)方案所進(jìn)行的配比調(diào)整。

3.3 出機(jī)混凝土性能及強(qiáng)度數(shù)據(jù)試驗(yàn)：

3.3.1 拌和物性能數(shù)據(jù)如下表2.

表2 出機(jī)混凝土拌和物性能試驗(yàn)表

3.3.2 7d抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)

在改裝設(shè)備完成后進(jìn)行混凝土攪拌試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)表明：振動(dòng)組混凝土坍落度較普通組提高約20mm 左右，振動(dòng)攪拌兩種配比7 天抗壓強(qiáng)度均大于普通攪拌，具體見(jiàn)表3。

表3 7d 抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)

4 設(shè)備改造后的技術(shù)更新效益及經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 設(shè)備改造后的技術(shù)更新效益：振動(dòng)式攪拌主機(jī)改造完成后到達(dá)了預(yù)期的振動(dòng)式攪拌混凝土拌合站的生產(chǎn)性能，購(gòu)買全新的120 型振動(dòng)式攪拌站需要花費(fèi)140 萬(wàn)元左右，本次設(shè)備改造花費(fèi)費(fèi)用35 萬(wàn)元，采用的是公司內(nèi)部調(diào)撥的2009 年購(gòu)入的120 攪拌站，凈值為8 萬(wàn) 元。本次攪拌站裝機(jī)總費(fèi)用為（振動(dòng)式攪拌主機(jī)35 萬(wàn)+設(shè)備凈值8 萬(wàn)+運(yùn)輸安裝成本20 萬(wàn)元）63 萬(wàn)元，相比設(shè)備更新采購(gòu)節(jié)約費(fèi)用77 萬(wàn)元。并且主完成了業(yè)主方對(duì)于高新技術(shù)投入的文件要求，使企業(yè)在高新技術(shù)設(shè)備投入更新上取得了良好的企業(yè)形象。

4.2 對(duì)于混凝土生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益分析：

通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果表明：振動(dòng)組混凝土坍落度較普通組提高約20mm 左右，振動(dòng)攪拌抗壓強(qiáng)度均大于普通攪拌，7d 抗壓強(qiáng)度可提升3MPa-6MPa。以C40的混凝土為例，用振動(dòng)攪拌在同等配比的條件下比普通攪拌強(qiáng)度提高10%左右；因此在保證強(qiáng)度和其他性能的情況下反向振動(dòng)拌和可以減少5%水泥。如果混凝土攪拌站一天可生產(chǎn)500m3的混凝土，那么就能節(jié)省水泥7.5 噸，按水泥市場(chǎng)價(jià)320 元/噸，那么一個(gè)混凝土拌和站，在使用振動(dòng)攪拌后，一天節(jié)省的水泥成本約2400 元。并且按照振動(dòng)式攪拌站技術(shù)的技術(shù)說(shuō)明，振動(dòng)式攪拌方式對(duì)混凝土的外觀和長(zhǎng)期質(zhì)量都有著良好的提高，在長(zhǎng)期的時(shí)間效益上具有更大的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益[6]。

5 混凝土攪拌站改造總結(jié)：

隨著國(guó)家對(duì)工程施工領(lǐng)域現(xiàn)代化技術(shù)提升的要求越來(lái)越嚴(yán)格廣泛，施工機(jī)械質(zhì)量?jī)?yōu)劣、數(shù)量和規(guī)模的大小及生產(chǎn)成本的高低等主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都直接影響到施工企業(yè)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力及企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)階段施工企業(yè)在解決設(shè)備技術(shù)狀態(tài)劣化的措施主要有以下三種方法:第一是設(shè)備維修,第二是設(shè)備改造,第三是設(shè)備更新。本項(xiàng)目部在本次施工中采取了嘗試采用設(shè)備改造的方式對(duì)老舊HZS120 攪拌站進(jìn)行振動(dòng)式攪拌技術(shù)改造，取到了預(yù)期效果。新的技術(shù)投入對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)效益都有著顯著的提升，本次攪拌站改造案例為企業(yè)在攪拌站改造升級(jí)上起到了示范性的例子。